(57)【要約】【課題】製作が容易で超高速信号の再生が可能な信号再生器を提供する。【解決手段】本発明に係る信号再生器は、入力された光信号を分配する第１光分配器と、前記第１光分配器の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第１及び第２半導体光増幅器と、前記第１半導体光増幅器の出力端に連結された第１位相調節手段と、前記第１位相調節手段及び前記第２半導体光増幅器から出力される光信号を結合させる第１光結合器と、前記第１光結合器の出力端に連結された第２光分配器と、前記第２光分配器の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第１及び第２導波路と、前記第１導波路に連結された第２位相調節手段と、前記第２位相調節手段及び前記第２導波路の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第３及び第４導波路と、前記第３及び第４導波路から出力される光信号を結合させて出力する第２光結合器と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2006166448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光信号を分配する第１光分配器と、
前記第１光分配器の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第１及び第２半導体光増幅器と、
前記第１半導体光増幅器の出力端に連結された第１位相調節手段と、
前記第１位相調節手段及び前記第２半導体光増幅器から出力される光信号を結合させる第１光結合器と、
前記第１光結合器の出力端に連結された第２光分配器と、
前記第２光分配器の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第１及び第２導波路と、
前記第１導波路に連結された第２位相調節手段と、
前記第２位相調節手段及び前記第２導波路の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第３及び第４導波路と、
前記第３及び第４導波路から出力される光信号を結合させて出力する第２光結合器と、
を備えていることを特徴とする信号再生器。
【請求項２】
前記第１半導体光増幅器は、前記第２半導体光増幅器より短い長さを有することを特徴とする請求項１に記載の信号再生器。
【請求項３】
前記第１及び第２半導体光増幅器は、同一の利得を有することを特徴とする請求項１に記載の信号再生器。
【請求項４】
前記第１及び第２半導体光増幅器が同一の利得を有するようにするために、前記第２半導体光増幅器に前記第１半導体光増幅器より多くの電流を注入することを特徴とする請求項３に記載の信号再生器。
【請求項５】
前記第１及び第２半導体光増幅器の長さは、低い入力パワーで位相差がπとなり、所望の最大入力パワーで位相差が０となるように調節することを特徴とする請求項１に記載の信号再生器。
【請求項６】
前記第１導波路は、前記第２導波路より長い長さを有することを特徴とする請求項１に記載の信号再生器。
【請求項７】
前記第３導波路は、前記第４導波路より長い長さを有することを特徴とする請求項１に記載の信号再生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムにおいて光ファイバを介して伝送された光信号の歪みを補正するための信号再生器に係り、さらに詳しくは、歪んだ光信号を２Ｒ(re-amplifying, re-shaping)再生する信号再生器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの発達に伴い、これに関連したソフトウェア及びコンテンツが急速に発展しており、これにより大容量の情報を迅速に処理することが可能な光通信システムの開発が要求されている。
【０００３】
光信号を伝送するための光通信システムにおいて光ファイバを介して信号を長距離伝送すると、伝送過程において分散現象又は非線形的な現象によって信号が歪む。このような歪みによる信号の品質低下は、通信システム全体に多くの影響を及ぼす。従って、歪んだ信号を元の信号に再生する技術が必要である。
【０００４】
一般的な光通信システムでは、このように歪んだ光信号を３Ｒ(Re-amplifying, Re-shaping, Re-timing)又は２Ｒ(re-amplifying, re-shaping)再生して元の光信号に作り上げるが、このために信号再生器を使用する。
【０００５】
電気的な３Ｒ再生を利用した信号再生器は、歪んだ光信号を電気信号に変換して３Ｒ再生した後、さらに光信号に変換する。ところが、このように動作する信号再生器は、光信号を電気信号に変換する電気回路が光信号の速度やフォーマット等に影響されるため、このような影響を防止するためには全光(all optical)信号を使用しなければならない。
【０００６】
２Ｒ再生を利用する信号再生器の一例として、対称型マッハツェンダ干渉計それぞれの枝に二つの同一の利得固定型半導体光増幅器(Gain-Clamped Semiconductor Optical Amplifier：ＧＣ−ＳＯＡ)と位相調節器とを連結した構造が提示されている（特許文献１）。
【０００７】
二つの利得固定型半導体光増幅器に相互に異なる電流を注入すると、飽和入力パワーの下の領域では、二つの利得固定型半導体光増幅器の利得及び位相の変化が同一になる。ところが、注入電流が相互に異なるため、飽和入力パワー以上の光が入射すると、利得及び位相が相互に異なるが、この場合、位相差がπとなるようにする。そして、位相調節装置を用いて干渉計の一方の枝の位相をπだけ調節すると、飽和入力パワーより小さい強度の光は消滅干渉となり、飽和入力パワーより強い光は補強干渉となるので、階段状の光転移曲線(optical transfer curve)を得る。ところが、このような構造は、回折格子を有する利得固定型半導体光増幅器を備えるため、製作工程上の難しさが伴い、速度の制限により２．５Ｇｂｉｔ／ｓ程度における２Ｒ再生実験のみが報告されている。
【０００８】
２Ｒ再生を利用する他の信号再生器として、多重モード干渉計(ＭＭＩ；Multi-Mode Interference Coupler)を用いる構造が提示されている（非特許文献１参照）。
【０００９】
上記信号再生器は、活性層からなる多重モード干渉計半導体光増幅器を用いる。２×２多重モード干渉計の場合、屈折率を変化させると、いずれか一方の枝に入射した光をクロス(cross)又はバー(bar)状態でスイッチングすることができる。即ち、二つの入力導波路のいずれか一つを介して信号が入射すると、入射した信号の強度に応じて多重モード干渉計半導体光増幅器内のキャリア（電子又は正孔）密度が変化し、キャリア密度の変化によって屈折率が変化してクロス又はバー状態で光をスイッチングする。例えば、低いパワーの信号が入力されると、クロス状態で光が出力され、高いパワーの信号が入力されると、バー状態で光が出力されるように多重モード干渉計半導体光増幅器を設計する場合、バー状態が出力される部分で入力光の消光比が向上した信号を得ることができる。
【００１０】
２Ｒ再生を利用する別の信号再生器として、マッハツェンダ干渉計の一方の枝には、一般的な半導体光増幅器を連結し、マッハツェンダ干渉計の他方の枝には多重モード干渉計半導体光増幅器（ＭＭＩ−ＳＯＡ）を連結した構造が提示されている（非特許文献２参照）。
【００１１】
半導体光増幅器は、入射する光信号の入力パワーが大きくなると、利得飽和が起こりながら速い速度で利得が減少し、これに相応して位相も速い速度で変化する。ところが、多重モード干渉計半導体光増幅器は、利得飽和入力パワーが一般的な半導体光増幅器より強いため、相対的に位相の変化速度が遅い。このような効果、即ち、位相が変わる速度の差異をマッハツェンダ干渉計に適用すると、位相差が速い速度で変化し、階段状の光転移曲線を作ることができる。しかし、前述のように多重モード干渉計半導体光増幅器を用いる場合でも、速度の制限により４０Ｇｂｉｔ／ｓ級の超高速信号に適用することが難しいという欠点がある。
【特許文献１】米国特許第６，３６６，３８２号公報
【非特許文献１】Jan De Merlier et al., “Experimental demonstration of all optical regeneration using an MMI-SOA”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 24/5, pp.660-662, 2002.3
【非特許文献２】J. D. Merlier et al., “All-optical 2R regeneration based on integrated asymmetric Mach-Zehnder interferometer incorporating MMI-SOA”, Electronics Letters, Vol. 38/5, pp.238-239, 2002, 2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明の目的は、製作が容易で超高速信号の再生が可能な信号再生器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明は、入力された光信号を分配する第１光分配器と、前記第１光分配器の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第１及び第２半導体光増幅器と、前記第１半導体光増幅器の出力端に連結された第１位相調節手段と、前記第１位相調節手段及び前記第２半導体光増幅器から出力される光信号を結合させる第１光結合器と、前記第１光結合器の出力端に連結された第２光分配器と、前記第２光分配器の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第１及び第２導波路と、前記第１導波路に連結された第２位相調節手段と、前記第２位相調節手段及び前記第２導波路の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する第３及び第４導波路と、前記第３及び第４導波路から出力される光信号を結合させて出力する第２光結合器と、を備えていることを特徴とする信号再生器を提供する。
【００１４】
前記第１半導体光増幅器は、前記第２半導体光増幅器より短い長さを有し、前記第１及び第２半導体光増幅器は同一の利得を有することを特徴とする。
【００１５】
前記第１及び第２半導体光増幅器が同一の利得を有するようにするために、前記第２半導体光増幅器に前記第１半導体光増幅器より多くの電流を注入することを特徴とする。
【００１６】
前記第１及び第２半導体光増幅器の長さは、低い入力パワーで位相差がπとなり、所望の最大入力パワーで位相差異が０となるように調節することを特徴とする。
【００１７】
前記第１導波路は、前記第２導波路より長い長さを有し、前記第３導波路は、前記第４導波路より長い長さを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
光ファイバを介して伝送された信号は、一般に、分散現象又は非線形的な現象によって歪む。歪んだ信号を２Ｒ再生するために、本発明は、電気的な信号変換過程を含まない信号再生器を提供する。本発明の信号再生器は、製作が容易で超高速信号の再生が可能である。特に、長距離通信に使用されるロングホール(long-hole)伝送システムに効果的に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。これらの実施の形態は、当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明を十分理解させるために提供されるものであり、様々な形態に変形することができ、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る信号再生器を説明するための構成図である。本発明の信号再生器は、大きく２Ｒ再生のための非対称型マッハツェンダ干渉計２１と遅延干渉計２２とから構成される。
【００２１】
非対称型マッハツェンダ干渉計２１は、光信号が入力される入力導波路１と、入力導波路１を介して入力された光信号を分配する光分配器２と、光分配器２の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する半導体光増幅器３、４と、半導体光増幅器３の出力端に連結された位相調節手段５と、位相調節手段５及び半導体光増幅器４から出力される光信号を結合させる光結合器６とから構成される。
【００２２】
半導体光増幅器３は、半導体光増幅器４より短い長さを有し、低い入力パワーで位相差異がπとなり、所望の最大入力パワーで位相差が０となるように半導体光増幅器３、４の長さを調節する。また、半導体光増幅器３、４は同一の利得を有する。このように同一の利得を持たせるために、半導体光増幅器４に半導体光増幅器３より多くの電流を供給する。
【００２３】
遅延干渉計２２は、光結合器６の出力端に連結された光分配器７と、光分配器７の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する導波路８、９と、導波路８に連結された位相調節手段１０と、位相調節手段１０及び導波路９の出力端にそれぞれ連結され、相互に異なる長さを有する導波路１１、１２と、導波路１１、１２から出力される光信号を結合させて出力導波路１４へ伝達する光結合器１３とから構成される。
【００２４】
導波路８は、導波路９より長い長さを有し、導波路１１は、導波路１２より長い長さを有する。
【００２５】
次に、上述のように構成された本発明に係る信号再生器の動作を説明する。
【００２６】
入力導波路１から入力された光信号は、光分配器２によって分配され、半導体光増幅器３、４にそれぞれ提供される。光信号は、半導体光増幅器３、４においてキャリアを吸収しながら増幅される。キャリアの減少は、半導体光増幅器３、４内の屈折率の増加をもたらし、屈折率の変化は、光信号の位相変化をもたらす。この際、長さが相互に異なる半導体光増幅器３、４の電流を調節すると、利得飽和が起こらない領域では、二つの半導体光増幅器３、４を通過した光信号の利得及び位相が同一となるようにすることができる。また、利得飽和が起こる領域では、二つの半導体光増幅器３、４を通過した光信号の利得は異なるが、πだけの位相差を有する条件を作ることができる。即ち、半導体光増幅器３、４の長さ及び注入電流の二つの変数を調節して上記二つの条件を満足させることができる。
【００２７】
上記二つの場合において、位相調節器５を用いて半導体光増幅器３を通過した光信号の位相をπだけ変化させると、利得飽和が起こらない領域では、半導体光増幅器３、４を通過した光信号の利得が同一となり、位相差がπとなって消滅干渉が起こり、利得飽和が起こる領域では、位相が同一なので、補強干渉が起こる条件を作ることができる。
【００２８】
従って、非対称型マッハツェンダ干渉計２１を通過して光結合器６によって結合した光信号は、図３に示すように、階段状の光転移曲線（実線）を有することになる。このように階段状の光転移曲線を有する場合、強度の小さい入射光信号の出力パワーはさらに小さくなり、強度の大きい入射光信号は平坦な出力パワーを有する。図２は、一般的な半導体光増幅器の利得曲線であって、入力パワーが増加すると、利得が減少することが分かる。
【００２９】
図３の点線は、入力パワーの関数として一般的な光増幅器の出力パワーをｄＢｍ単位で示したものである。これを実線で示した光転移曲線と比較すると、本発明に係る２Ｒ再生の特徴が分かる。
【００３０】
図３に示すように、特性曲線は、基本的には階段状となるように作ることができるが、入力パワー又は出力パワーの絶対的な強度は、製作された半導体光増幅器の特性に応じて線形的に移動できるので、図示の数値に限定されるものではない。また、本実施の形態では、２Ｒ再生のために相異なる長さを有する二つの半導体光増幅器３、４を備える非対称型マッハツェンダ干渉計を例として挙げたが、他の形態に構成して同一の効果を得ることができるので、必ずしも本実施の形態において提示する非対称型マッハツェンダ干渉計に制限されず、様々な形態で実施することができる。
【００３１】
図３に実線で表示された光転移曲線で注目すべき点は、消滅干渉が起こる低い入力パワー領域と補強干渉が起こる高い入力パワー領域とにおける位相差がπであること、及び、消光比が非常に向上した信号を得ることができることである。
【００３２】
非対称型マッハツェンダ干渉計２１を通過した信号が遅延干渉計２２に入力されるとき、遅延干渉計２２の枝の長さ差（長い導波路８、１１の長さ和）−（短い導波路９、１２の長さ和）による時間遅延を、入射するゼロ復帰型信号の１ビットの半分より小さくなるように調整すると、図４に示すように、信号３１及び３２のレベル「１」（オン状態）が重なる時間には二つの信号３１、３２は補強干渉し、信号３１、３２のレベル「０」（オフ状態）が重なる時間には二つの信号３１及び３２が消滅干渉して、消光比が向上した信号を得ることができる。
【００３３】
非対称型マッハツェンダ干渉計２１を経て予め２Ｒ再生された信号が遅延干渉計２２で干渉するので、２Ｒ再生器の役割を担う非対称型マッハツェンダ干渉計２１を使用していない場合より大きい消光比を得ることができる。
【００３４】
上述したように、詳細な説明及び図面によって本発明の好適な実施の形態を開示した。用語は、本発明を説明するための目的で使用されたものに過ぎず、意味限定又は特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使用されたものではない。従って、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、これらから様々な変形及び均等な他の実施が可能であることを理解するであろう。従って、本発明の真正な技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る信号再生器を説明するための構成図である。
【図２】一般的な半導体光増幅器の利得曲線を示したグラフである。
【図３】本発明に係るマッハツェンダ干渉計及び一般的な半導体光増幅器の入力パター：出力パワーを示したグラフである。
【図４】本発明に適用された遅延干渉計の入力パワー、遅延した入力パワー及び出力パワーを時間の関数で示したグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１  入力導波路
２、７ 光分配器
３、４ 半導体光増幅器
５、１０  位相調節手段
６、１３  光結合器
８、９、１１、１２  導波路
１４  出力導波路
【図１】
2006166448.tif 000003
【図２】
2006166448.tif 000004
【図３】
2006166448.tif 000005
【図４】
2006166448.tif 000006